Selezione dell'appropriato tenuta meccanica è fondamentale per garantire un funzionamento affidabile e sicuro delle apparecchiature di pompaggio. La scelta errata del tipo di tenuta corretto può causare perdite, danni alle apparecchiature e condizioni pericolose. Questo documento fornisce un confronto approfondito tra tenute singole e doppie tenute meccaniche, esaminandone la progettazione, i principi di funzionamento e le applicazioni per facilitare un processo decisionale informato per vari scenari industriali.
Tenute meccaniche singole
La caratteristica di una tenuta meccanica singola è il suo design relativamente semplice, che comprende due componenti principali: un anello rotante fissato sull'albero rotante dell'apparecchiatura e un anello fisso saldamente installato sull'alloggiamento dell'apparecchiatura. Questi anelli sono realizzati con superfici molto piatte e rettificate con precisione che, a contatto, formano l'interfaccia di tenuta primaria.
Per mantenere un contatto costante tra queste facce, un meccanismo a molla (o soffietto In alcuni modelli, la molla esercita una forza per comprimere l'anello rotante e quello fisso. La molla è solitamente posizionata sul lato atmosferico della tenuta, protetta dal fluido di processo. Elementi di tenuta secondari, come O-ring o guarnizioni, vengono utilizzati per sigillare tra le parti fisse e l'alloggiamento della tenuta.
Come funzionano le tenute meccaniche singole
Il principio di funzionamento di una tenuta meccanica singola si basa sulla formazione di un film estremamente sottile di fluido di processo tra le superfici di tenuta rettificate con precisione, tipicamente dello spessore di pochi micron. Quando l'apparecchiatura è in funzione, l'anello rotante ruota insieme all'albero, mentre l'anello fisso rimane fissato all'alloggiamento.
L'effetto di tenuta è il risultato di un equilibrio tra la forza di chiusura fornita dalla molla e dall'idraulica del fluido e la forza di apertura prodotta dalla pressione del film di fluido stesso. La forza della molla comprime le facce mentre la pressione del fluido nel film sottile cerca di allontanarle. L'equilibrio si raggiunge quando si forma un film di fluido stabile.
Quando il fluido migra dal lato ad alta pressione al lato atmosferico a bassa pressione, si verifica in genere una minima perdita di vapore dalle superfici di tenuta. Questa piccola perdita è normale e necessaria per lubrificare e raffreddare le superfici. Guasto del sigillo può verificarsi se le superfici si surriscaldano e si seccano troppo o se la pellicola si rompe a causa di contaminazione o perdita delle proprietà del fluido.
Applicazioni delle tenute meccaniche singole
Le tenute meccaniche singole sono utilizzate principalmente in situazioni in cui il fluido pompato presenta un rischio minimo per l'ambiente o per il personale che aziona l'apparecchiatura. Sono adatte per applicazioni industriali generiche che coinvolgono fluidi compatibili con materiali di tenuta, relativamente pulito e non considerato seriamente pericoloso.
Alcune applicazioni tipiche delle tenute meccaniche singole includono:
- Pompe per acqua e acque reflue
- Lavorazione degli alimenti (latte, bevande, grassi animali)
- Pompe per torri di raffreddamento e HVAC
- Trasferimento chimico generale con fluidi benigni
- Servizi di idrocarburi a bassa pressione
Nei settori chimico, petrolifero e petrolchimico, le tenute meccaniche singole sono spesso utilizzate per un'ampia gamma di applicazioni di pubblica utilità in cui i fluidi trattati sono meno critici in termini di potenziali pericoli o impatto ambientale. Per applicazioni più impegnative che coinvolgono fluidi pericolosi, infiammabili o sensibili all'ambiente, vengono spesso utilizzate tenute meccaniche doppie per fornire un ulteriore livello di protezione e ridondanza.
Tenute meccaniche doppie
Le tenute meccaniche doppie rappresentano una soluzione di tenuta più avanzata e robusta rispetto alle tenute singole. Sono costituite da due tenute meccaniche singole disposte in serie, che forniscono un ulteriore livello di protezione contro perdite e guasti.
I due componenti principali di una doppia tenuta sono la tenuta interna (primaria) e la tenuta esterna (secondaria). La tenuta interna è posizionata più vicina al fluido di processo da sigillare, mentre la tenuta esterna è posizionata sul lato atmosferico del gruppo. Tra queste due tenute è presente una cavità riempita con un fluido tampone o un fluido barriera.
La presenza di questa cavità riempita di fluido è una caratteristica distintiva delle tenute meccaniche doppie. Svolge diverse funzioni importanti, come la lubrificazione facce di foca, dissipando il calore e impedendo l'ingresso di contaminanti. Il fluido viene in genere fatto circolare e mantenuto tramite un sistema di supporto esterno, che può includere un serbatoio, pompe, scambiatori di calore e dispositivi di monitoraggio.
Come funzionano le doppie tenute meccaniche
Il funzionamento delle tenute meccaniche doppie si basa su un meccanismo di tenuta a due stadi. Il ruolo principale della tenuta interna è quello di contenere il fluido di processo all'interno della pompa o dell'involucro dell'apparecchiatura, impedendone la fuoriuscita. Agisce come prima linea di difesa contro le perdite ed è progettata per resistere alla pressione e alla temperatura massime del fluido di processo.
La guarnizione esterna, invece, ha due funzioni principali. In primo luogo, serve a contenere il fluido tampone o barriera all'interno della cavità tra le guarnizioni. In secondo luogo, funge da guarnizione di sicurezza, trattenendo eventuali piccole perdite che potrebbero verificarsi oltre la guarnizione interna e impedendone la fuoriuscita nell'atmosfera.
La pressione del fluido nella cavità gioca un ruolo cruciale nelle prestazioni di tenuta delle tenute doppie. Quando si utilizza un fluido tampone, la sua pressione viene in genere mantenuta a un livello inferiore alla pressione del fluido di processo. In questa configurazione, il fluido tampone cattura e contiene eventuali perdite dalla tenuta interna, impedendo loro di raggiungere la tenuta esterna o l'ambiente.
In alternativa, quando si utilizza un fluido barriera, la sua pressione viene solitamente mantenuta superiore a quella del fluido di processo. Questo crea una barriera fisica completa tra il fluido di processo e l'atmosfera. Eventuali perdite attraverso la tenuta interna vengono convogliate nel fluido di processo anziché fuoriuscire all'esterno.
Tipi di disposizioni di tenuta meccanica doppia
Disposizione schiena contro schiena
In una disposizione back-to-back, le facce rotanti delle due guarnizioni sono orientate in direzione opposta l'una dall'altra. Ciò crea una cavità tra le guarnizioni in cui un fluido barriera, pressurizzato a una pressione superiore a quella camera di tenuta pressione, può circolare.
Il fluido barriera lubrifica le superfici di tenuta e assorbe eventuali perdite. Questa soluzione è ideale per applicazioni che prevedono l'uso di fluidi di processo volatili, pericolosi o costosi, poiché contiene efficacemente eventuali perdite all'interno del sistema di fluido barriera.
Le tenute back-to-back offrono eccellenti prestazioni di tenuta e capacità di backup della pressione completa in una lunghezza assiale relativamente compatta. Tuttavia, possono essere più costose rispetto alle tenute singole o guarnizioni tandem e richiedono più spazio assiale in alcune installazioni.
È importante notare che, mentre una perdita di fluido barriera mantiene entrambe le guarnizioni chiuse, un guasto della guarnizione interna può portare alla contaminazione del fluido di processo da parte del fluido barriera. Inoltre, le superfici di tenuta esterne in una configurazione back-to-back hanno in genere una pressione nominale inferiore rispetto alle superfici di tenuta interne.
Disposizione in tandem (faccia a faccia)
Una configurazione tandem, nota anche come configurazione faccia a faccia, prevede che entrambe le guarnizioni siano orientate nella stessa direzione e installate in serie. La guarnizione interna (primaria) gestisce l'intera pressione del fluido di processo, mentre la guarnizione esterna (secondaria) funge da riserva.
In questa configurazione, un fluido tampone, mantenuto a una pressione inferiore a quella del fluido di processo, circola tra le due tenute. Le tenute tandem sono preferite per la tenuta di fluidi e gas tossici e pericolosi, nonché per la movimentazione di solidi e fluidi contaminati. Presentano inoltre una migliore tolleranza all'albero disallineamento rispetto ad altre disposizioni.
Tuttavia, le tenute tandem richiedono generalmente più spazio assiale e aumentano la complessità e i costi complessivi del sistema. In caso di guasto della tenuta interna, quella esterna diventa l'unica barriera a prevenire le perdite e le sue prestazioni di tenuta possono essere inferiori rispetto a una configurazione back-to-back.
Accordo faccia a faccia
La disposizione faccia a faccia posiziona le facce rotanti delle due guarnizioni l'una verso l'altra, formando una camera sigillata tra di esse. Questa configurazione può utilizzare un fluido tampone o di barriera e spesso impiega un componente stazionario condiviso per entrambe le guarnizioni.
Sigilli faccia a faccia Sono particolarmente utili in apparecchiature con spazi limitati e possono gestire efficacemente solidi e fluidi contaminati. Sono anche in grado di tollerare situazioni di pressione inversa. Il design compatto e semplice consente una maggiore corsa assiale e, in alcuni casi, il fluido barriera può fungere da refrigerante.
Uno svantaggio significativo delle tenute faccia a faccia è che la tenuta esterna non può fornire un backup completo della pressione. Inoltre, il ricorso a un componente fisso comune implica che un guasto di questo componente potrebbe portare al guasto di entrambe le tenute.
Le differenze tra tenute meccaniche singole e doppie
| caratteristica | Tenuta meccanica singola | Doppia tenuta meccanica |
|---|---|---|
| Numero di sigilli | Uno | Due |
| Numero di facce di tenuta | Due | Quattro |
| Complessità | Più semplice | Più complesso |
| Lubrificazione e raffreddamento | In genere si basa sul fluido di processo | Tampone dedicato o fluido barriera |
| Necessità di un sistema di supporto | Generalmente non richiesto | Tipicamente richiesto per fluido tampone/barriera |
| PRINCIPALI SETTORI D’IMPIEGO: | Fluidi meno impegnativi e non pericolosi | Applicazioni pericolose, tossiche, ad alta pressione e critiche |
| Costo (iniziale) | Abbassare | Maggiore |
| Potenziale di dispersione | Maggiore | Abbassare |
| Idoneità per fluidi pericolosi | Limitato | Alta |
| Configurazioni comuni | Spintore, Non-spintore | Schiena contro schiena, Tandem (faccia a faccia), Faccia a faccia |
